详解C语言如何实现双向带头循环链表
一、双向循环链表与顺序表的区别
不同点 | 顺序表 | 双向带头循环链表 |
在内存中的存储方式 | 连续存储 | 不一定连续 |
随机访问 | 支持随机访问 | 不支持随访问 |
任意元素插入或删除 | 尾插O(1),其他O(N),可能需要挪动元素 | 通过修改指针指向即可 |
应用场景 | 元素高效存储、频繁访问 | 任意位置插入删除频繁 |
三级缓存命中率 | 高 | 低 |
寄存器的速度远快于主存,所以需要三级缓存先将数据取出,寄存器读取时将相邻地址的数据进行读取,所以顺序表内存地址连续的特点使其三级缓存命中率高。
双向带头循环链表虽然在链表中结构最复杂,但是解决了单链表找前一个节点需要遍历、要判断头结点是否为空的缺点。
二、List.h
#pragma once #include <stdio.h> #include <assert.h> #include <stdbool.h> #include <stdlib.h> typedef int ListDateType; typedef struct ListNode { struct ListNode* next; struct ListNode* prev; ListDateType date; }ListNode; ListNode* ListInit();//初始化 void ListDestroy(ListNode* phead);//销毁 void PrintList(ListNode* phead);//打印 bool ListEmpty(ListNode* phead);//判断链表是否为空(只有头节点) void ListPushBack(ListNode* phead, ListDateType x);//尾插 void ListPopback(ListNode* phead);//尾删 void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x);//头插 void ListPopFront(ListNode* phead);//头删 size_t ListSize(ListNode* phead);//有效节点个数 ListNode* ListFind(ListNode* phead, ListDateType x);//查找(可用于修改) void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x);//pos位置插入 void ListErase(ListNode* pos);//删除pos位置
结构体内包含指向下一个节点的指针next、指向上一个节点的指针prev和本节点存储的数据date
三、List.c
1、带头双向循环链表的初始化
ListNode* ListInit()//初始化,返回带哨兵位的头结点 { ListNode* guard = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); if (guard == NULL) { perror("ListInit fail:\n"); exit(-1); } guard->next = guard; guard->prev = guard; return guard; }
malloc一个哨兵位的头结点,并将其next和prev指针置空。
2、带头双向循环链表的销毁
void ListDestroy(ListNode* phead)//销毁,传一级指针调用方需要在外部将头结点指针置空 { assert(phead); ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead)//释放非头结点 { ListNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } free(phead);//再释放头结点 }
为了保持接口的一致性,形参用一级指针,所以需要调用者在外部对头指针置空。
先释放非头结点,再释放头结点。
3、带头双向循环链表的打印
void PrintList(ListNode* phead)//打印 { assert(phead); ListNode* cur = phead->next; while (cur != phead) { printf("%d<=>", cur->date); cur = cur->next; } printf("\n"); }
从头结点的next开始,遍历打印
4、动态开辟一个节点
ListNode* BuyNode(ListDateType x)//动态开辟一个节点 { ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); if (newnode == NULL) { perror("BuyNode:\n"); exit(-1); } newnode->date = x; newnode->prev = NULL; newnode->next = NULL; return newnode; }
将值放入这个节点,并将两个指针置空
5、带头双向循环链表的判空
bool ListEmpty(ListNode* phead)//判断链表是否只有头节点 { assert(phead); return phead->next == phead; }
只有哨兵位这一个头结点即为空
6、带头双向循环链表的尾插、尾删
void ListPushBack(ListNode* phead, ListDateType x)//尾插 { assert(phead); ListNode* tail = phead->prev; ListNode* newnode = BuyNode(x); newnode->next = phead; newnode->prev = tail; tail->next = newnode; phead->prev = newnode; } void ListPopback(ListNode* phead)//尾删 { assert(phead); assert(!ListEmpty(phead)); ListNode* tail = phead->prev; ListNode* prev = tail->prev; free(tail); prev->next = phead; phead->prev = prev; }
注意尾删前需要判空
7、带头双向循环链表的头插、头删
void ListPushFront(ListNode* phead, ListDateType x)//头插 { assert(phead); ListNode* cur = phead->next; ListNode* newnode = BuyNode(x); newnode->next = cur; newnode->prev = phead; cur->prev = newnode; phead->next = newnode; } void ListPopFront(ListNode* phead)//头删 { assert(phead); assert(!ListEmpty(phead)); ListNode* cur = phead->next; ListNode* next = cur->next; free(cur); phead->next = next; next->prev = phead; }
注意头删前需要判空
8、带头双向循环链表的长度
size_t ListSize(ListNode* phead)//有效节点个数 { assert(phead); ListNode* cur = phead->next; size_t count = 0; while (cur != phead) { cur = cur->next; ++count; } return count; }
循环计数即可,哨兵位不算
9、带头双向循环链表的查找、任意位置插入、删除
ListNode* ListFind(ListNode* phead, ListDateType x)//查找(可用于修改) { assert(phead); ListNode* cur = phead->next; while (cur!=phead) { if (cur->date == x) return cur; cur = cur->next; } return NULL; } void ListInsert(ListNode* pos, ListDateType x)//pos位置之前插入 { assert(pos); ListNode* newnode = BuyNode(x); ListNode* prev = pos->prev; prev->next = newnode; newnode->prev = prev; newnode->next = pos; pos->prev = newnode; } void ListErase(ListNode* pos)//删除pos位置 { assert(pos); ListNode* prev = pos->prev; ListNode* next = pos->next; free(pos); prev->next = next; next->prev = prev; }
查找:遍历链表,返回第一个date==x的节点指针,查找通常配合下面两个接口使用
任意位置插入、删除:使用pos位置进行插入删除操作。
头插、头删、尾插、尾删接口可以复用上面三个接口
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